1.4 花炮的主要原材料

火药的主要成分是黑火药,含有硫黄、木炭粉、硝酸钾,有的还含有氯酸钾。如图1-20~图1-24所示。

图1-20 黑火药

图1-21 硫黄

图1-22 木炭

图1-23 硝酸钾

图1-24 氯酸钾

制作闪光雷、电光炮、花炮、彩色焰火时,还要加入镁粉、铁粉、铝粉、锑粉及无机盐。一旦花炮点燃后,木炭粉、硫黄粉、金属粉末等在氧化剂的作用下,会迅速燃烧,产生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体及金属氧化物的粉尘,同时产生大量的光和热而引起鞭炮爆炸。

可是纸屑、烟尘及有害气体伴随着响声及火光,四处飞扬,使燃放现场硝烟弥漫,硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等严重污染空气。这些气体对人的呼吸道及眼睛都有刺激作用。

除此之外,制造花炮很多时候还包括以下的成分。

(1)硝酸钾

硝酸钾是强氧化剂。在配制烟火药时,不宜将硝酸钾与高氯酸铵混合使用。因为硝酸钾会与高氯酸铵发生反应,产生吸湿性很强的硝酸铵,如果这些药剂中含有轻金属粉末时,这些金属粉末就可能受潮发热,甚至自燃、自爆。

(2)氯酸钾

氯酸钾特别敏感,该原料与有机物、硫黄、硫化物、酸类或其他易氧化的物质混合后,受热或受到撞击和摩擦,均能产生强烈的燃烧和爆炸。氯酸钾受日光照射容易分解,生成极不稳定的亚氯酸钾和吸湿性很强的氧化钾,亚氯酸钾极不稳定,如果与酸类、硫化物和有机物等混合,极易自燃或自爆。

(3)硝酸钡(图1-25)

图1-25 硝酸钡

常温下硝酸钡的化学稳定性较好,但是机械感度不高,但与氯酸钾混合,容易生成敏感性较强的氯酸钡,配合制成烟火药时,有可能发生自燃、自爆。

(4)高氯酸钾(图1-26)

图1-26 高氯酸钾

高氯酸钾的化学稳定性较氯酸钾好,但是与硫氰酸盐混合产生自爆,与有机物混合具有强烈的爆炸性能。

(5)硫黄

硫和氯酸钾的混合物可形成爆炸性物质,敏感度很高,稍遇撞击或摩擦就会爆炸,硫为热和电的不良导体,在粉碎、碾磨时会产生静电,引起自燃和爆炸。硫黄粉尘在空气中会与氧形成爆炸性混合物,当每升空气中含硫7mg以上时,遇到火源就会爆炸。

(6)铝粉(图1-27)

图1-27 铝粉

铝粉易溶于稀酸,遇水或受潮会与水产生化学反应,产生高温,如果不及时扩散,就会发生自燃、自爆。当每升空气中含铝粉40mg以上时,遇到火源就会爆炸。

(7)镁粉(图1-28)

图1-28 镁粉

镁粉与铝粉一样,一旦受潮会发生自燃、自爆。当每升空气中含镁粉25mg,遇到火源就会爆炸。

(8)镁铝合金粉

一般由镁、铝各50%左右组成的金属混合物,化学稳定性比单独的镁粉或铝粉要好。一旦当每升空气中含有合金粉32.5mg时,遇火源就会爆炸,受潮与水作用后生成氧化物,并放出氢气,同时产生大量热,如果不及时散热,会自燃或自爆。

(9)硫化锑(图1-29)

图1-29 硫化锑

硫化锑在烟火药中用作还原剂、助燃剂,它与氯酸钾、高氯酸钾的混合物敏感度很高,但比硫与氯酸钾、高氯酸钾的混合物稍稳定,但由于它不可避免地带有一些二氧化硅(沙子),从而大大提高了烟火药的机械感度。另外还有一种五硫化二锑,它是一种强还原剂,比硫化锑的感度更高。

(10)赤磷(图1-30)

图1-30 赤磷

赤磷是一种强还原剂,暴露在空气中容易被氧化,并发生自燃。赤磷与氯酸钾的混合物,在含水分20%的情况下,稍经撞击或摩擦就会发生自燃与爆炸。赤磷燃烧时,产生有毒的五氧化二磷白色烟雾。用作烟火剂的赤磷,不允许有黄磷(白磷)痕迹,是因为黄磷的燃点很低(仅30℃),与其他药物混合制成产品时,很容易自燃。

(11)硝化棉(图1-31)

图1-31 硝化棉

硝化棉具有高度可燃性和爆炸性,其危险程度根据硝化程度而定,含氮量在12.5%以上的硝化棉危险性极大,遇火即燃烧。一般在温度超过40℃时其能加速分解而自燃。含氮量不足12.5%的硝化棉虽然比较稳定,但受热或储存日久,逐渐分解而放出酸,降低着火点,亦有自燃自爆的可能。一旦失火时,严禁用沙土等物压盖,以免发生爆炸。

花炮是在火药(主要成分为硫黄、炭粉、硝酸钾等)中按一定配比加入镁、铝、锑等金属粉末和锶、钡、钠等金属化合物制成的。因为不同的金属和金属离子在燃烧时会呈现出不同的颜色(即“焰色反应”),所以花炮在空中爆炸时,便会绽放出五彩缤纷的火花。例如,铝镁合金燃烧时会发出耀眼的白色光;硝酸锶和锂燃烧时会发出红色光;硝酸钠燃烧时会发出黄色光;硝酸钡燃烧时则会发出绿色光。

除了金属和金属化合物外,我们还会在花炮里加入不同剂量的氧化剂、助光剂和黏合剂。氧化剂在燃烧时会产生大量氧气,起到助燃和使花炮颜色更加鲜艳的作用;助光剂能大大提高花炮的亮度;而黏合剂则用来将粉末状的化合物组成大小不一的光剂颗粒。如果把这些颗粒按一定的规则排列,就可以制成不同图案的花炮。

比如“向阳花”中间一圈放上发黄色光的颗粒,周围放上发绿色光的颗粒,到天空爆炸后,就会形成一朵绿叶扶衬的向日葵,美丽极了。有的药剂被点燃后没有完全燃尽而被喷出,遇见空气中的氧发生第二次燃烧反应,这种现象被称为“喷波”。利用喷波的作用,可制造出各种烟花形象,能产生乱窜或翻跟头的零部件。有的药剂被点燃后能产生较高的温度和较大的亮度,同时生成大量的固体和液体,当固体和液体的殊渣覆盖下一层等待燃烧的药剂时,即会出现低温辐射给人一种熄灭的感觉。当下一层药剂被点燃后,又会产生高温和较大的亮度,产生一亮一灭的现象,这种效果被称为“闪烁”。

在黑火药、亮珠、引火线制造和十四类烟花爆竹产品中,黑火药生产中单组分或多组分的粉碎、碾和、压药、切片、抛光,亮珠(图1-32)生产中的单组分粉碎和造粒,引火线(图1-33)生产中的制引、浆引、上漆,礼花弹生产中的裁纸、压壳,吐珠类花炮生产中的裁纸、卷筒、打底、装药、装珠,喷花类、旋转类、升空类等花炮生产中的裁纸、卷筒、压药、钻孔,以及各种花炮生产中的分纸、扯筒、切筒、打底、插引、结鞭、封装等工序使用花炮机械已经非常普遍。

图1-32 亮珠

图1-33 花炮引火线

花炮生产是劳动密集型的产业,12道流程,72道工序,劳动强度大,工作环境差,工效低,质量难以保证。

花炮的整个生产过程大部分工序都与烟火药有关,从原材料到成品都是危险物品,安全系数低,引起爆炸或燃烧的因素多,稍有不慎便会造成重大伤亡事故。自从生产企业有了部分花炮机械以后,它在解决人力资源需求矛盾,提高工时效率和生产力,提高产品制作质量和经济效益,减少企业使用土地面积和建筑面积,节约土地,节约资金,缩短产品生产周期等诸方面发挥了作用,以其独特的优点,打破了上千年来的传统生产方式,深受花炮生产企业的喜爱。尤其是使用花炮机械可以减少操作工人与药物的接触时间和次数,减少了操作工人违章作业的概率,进而减少事故,避免伤亡。达到保障工人的人身安全,保证企业安全生产的目的。

目前,在花炮生产中,上述各工序都普遍使用了花炮机械,但在花炮机械全面推广的同时,也存在着很多难题。